hashmap线程不安全原因

HashMap线程不安全的原因详解如下：

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1. 数据覆盖问题

• 场景：多个线程同时执行put操作，且键的哈希值相同（同一桶）。

• 原因：

  • 线程A和线程B同时检查桶为空，均创建新节点并尝试插入。
  • 若未同步，最终只有一个节点的插入生效，另一线程的数据被覆盖。

• 源码示例：

  // HashMap的putVal方法（简化）
  if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
      tab[i] = newNode(hash, key, value, null); // 多线程可能同时进入此分支
  

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2. 链表成环（JDK 1.7 特有）

• 场景：并发扩容时，多线程操作链表迁移。

• 原因：

  • JDK 1.7使用头插法迁移链表，导致并发操作可能形成环形链表。
  • 后续的get操作遍历链表时，触发死循环。

• 源码示例（JDK 1.7的transfer方法）：

  while (e != null) {
      Entry<K,V> next = e.next; // 线程A执行至此挂起
      e.next = newTable[i];     // 线程B完成迁移后，链表成环
      newTable[i] = e;
      e = next;
  }
  

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3. 扩容导致的数据丢失

• 场景：多线程同时触发扩容（resize）。

• 原因：

  • 线程A和线程B各自创建新数组并迁移数据。
  • 最终只有最后一个完成迁移的线程的新数组生效，其他线程迁移的数据丢失。

• 源码示例（JDK 1.8的resize方法）：

  Node<K,V>[] newTab = new Node[newCap];
  table = newTab; // 多线程可能覆盖彼此的新数组
  

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4. 红黑树结构破坏（JDK 1.8+）

• 场景：并发操作导致红黑树节点分裂或合并异常。

• 原因：

  • 当链表转换为红黑树时（树化），多线程可能同时修改树结构。
  • 例如，线程A正在树化，线程B插入节点，导致树平衡破坏。

• 源码示例（JDK 1.8的treeifyBin方法）：

  synchronized (f) { // 仅锁住桶头节点，但并发仍可能破坏树结构
      // 树化逻辑
  }
  

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5. size计数器不一致

• 场景：多线程同时修改size字段。

• 原因：

  • size字段的更新是非原子操作（如size++）。
  • 线程A和线程B同时读取并修改size，导致最终值小于实际插入数量。

• 源码示例：

  // HashMap的addCount方法（JDK 1.8）
  if ((s = size) >= threshold)
      resize();
  size = s + 1; // 非原子操作
  

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6. 迭代器的快速失败（Fail-Fast）机制失效

• 场景：一个线程遍历HashMap，另一线程修改结构（如put或remove）。

• 原因：

  • 迭代器通过modCount检测并发修改，但该机制并非线程安全。
  • 多线程下modCount可能被覆盖，导致迭代器无法正确抛出ConcurrentModificationException。

• 源码示例：

  final void checkForComodification() {
      if (modCount != expectedModCount)
          throw new ConcurrentModificationException();
  }
  

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总结

问题类型	JDK版本	具体表现	根本原因
数据覆盖	所有版本	键值对丢失	非原子操作（如桶初始化）
链表成环	JDK 1.7	get操作死循环	头插法扩容并发冲突
扩容数据丢失	所有版本	部分数据未被迁移到新数组	多线程覆盖新数组
红黑树结构破坏	JDK 1.8+	树操作异常（如查询结果错误）	并发修改树节点
size不一致	所有版本	size与实际元素数不符	非原子更新
迭代器失效	所有版本	未正确抛出并发修改异常	modCount非线程安全

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解决方案

0. 使用线程安全的替代类：

   • ConcurrentHashMap（推荐，高并发优化）。
   • Collections.synchronizedMap(new HashMap<>())（性能较低）。

1. 避免多线程共享HashMap： 每个线程使用独立的HashMap实例。

2. 同步控制： 手动加锁（如synchronized），但会牺牲性能。